JPH1151797A - Apparatus and method for measurement of heat-loss pressure - Google Patents

Apparatus and method for measurement of heat-loss pressure

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JPH1151797A
JPH1151797A JP10053876A JP5387698A JPH1151797A JP H1151797 A JPH1151797 A JP H1151797A JP 10053876 A JP10053876 A JP 10053876A JP 5387698 A JP5387698 A JP 5387698A JP H1151797 A JPH1151797 A JP H1151797A
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00Vacuum gauges
    • G01L21/10Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
    • G01L21/12Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured measuring changes in electric resistance of measuring members, e.g. of filaments; Vacuum gauges of the Pirani type

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a heat-loss pressure gage which enhances the accuracy of the measurement of a pressure in a range from a low pressure up to a high pressure. SOLUTION: A Pirani gage is provided with a small-diameter-wire detecting element 12, a small-diameter-wire correction element 14 which is situated on the same face as it and two heat-conductive plates 16 which are separated from the elements and which are parallel and flat. The physical size, the thermal characteristic and the resistance characteristic of the detecting element 12, the correction element 14 and their coupling element are identical. The coupling element comprises a large heat-conductive property to a uniform temperature region, and both elements are placed in an identical vacuum environment. A DC heating current is used only for the detecting element 12. A comparatively small AC signal is used to detect the balance of a bridge. Then, by a simple three-dimensional pressure correction system, a correction is performed precisely, and the acquisition of calibration data is simplified.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は非常に低い圧力から
大気圧以上の範囲に及ぶ圧力測定のために気体伝導を利
用した熱損失ゲージに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat loss gauge using gas conduction for measuring a pressure ranging from a very low pressure to a pressure higher than the atmospheric pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】気体の熱伝導率は気体の圧力の関数であ
るので、暖められた検出素子から気体への熱伝導率をあ
る条件下で適切な校正をして測定し、これを気体の圧力
の決定に利用できる。この原則はよく知られているピラ
ニゲージ(図1a、1bに示す)にも利用されている。
この装置では熱損失はホイートストーンブリッジのネッ
トワークによって計測され、このネットワークは検出素
子を暖めるとともにその抵抗を測定する。
2. Description of the Related Art Since the thermal conductivity of a gas is a function of the pressure of the gas, the thermal conductivity from a heated detector element to the gas is measured under appropriate conditions with appropriate calibration, and is measured. Can be used to determine pressure. This principle is also used in the well-known Pirani gauge (shown in FIGS. 1a and 1b).
In this device, heat loss is measured by a network of Wheatstone bridges, which warms the sensing element and measures its resistance.

【0003】図1aに示すピラニゲージにおいては、圧
力センサはホイートストーンブリッジの一辺に結合され
温度に敏感な抵抗RSより成る。RSは典型的には電流
2による温度上昇が無視できるように設計された温度
に敏感な抵抗である。R3およびR4は典型的には固定
抵抗である。RSと典型的にはR2が圧力測定されるべ
き真空の環境にさらされる。図1bは別のブリッジ構成
を示す。
In the Pirani gauge shown in FIG. 1a, the pressure sensor is coupled to one side of a Wheatstone bridge and consists of a temperature-sensitive resistor RS. RS is a temperature sensitive resistor that is typically designed so that the temperature rise due to current i 2 is negligible. R3 and R4 are typically fixed resistors. RS and typically R2 are exposed to the vacuum environment to be pressure measured. FIG. 1b shows another bridge configuration.

【0004】ピラニゲージは(米国特許第358008
1号に示すように)定電流i1によって動作するか、も
しくはRSにかかる定電圧によって動作する。これらの
方法では、ブリッジの電気的不均衡が発生し、それが気
体の圧力を反映する。ピラニゲージは(米国特許第29
38387号に示すように)一定の抵抗値RSによって
も動作する。このモードではエネルギーが供給される割
合は気体の圧力変化とともに変わるため、供給されたエ
ネルギーの変化率は気体の圧力変化を反映する。どの動
作においてもそれぞれ長所短所があるが、以下の議論は
不変抵抗方法と、図1aに示す構成について述べるもの
である。
The Pirani gauge is disclosed in US Pat. No. 3,580,008.
It operates with a constant current i 1 (as shown in No. 1) or with a constant voltage across RS. In these methods, an electrical imbalance of the bridge occurs, which reflects the pressure of the gas. Pirani gauge is disclosed in US Pat.
It also operates with a constant resistance value RS (as shown in 38387). In this mode, the rate at which energy is supplied changes with the pressure change of the gas, so the rate of change of the supplied energy reflects the pressure change of the gas. Although each operation has its advantages and disadvantages, the following discussion describes the invariant resistance method and the configuration shown in FIG. 1a.

【0005】電圧VBは図1aのAとCにおける電圧差
を0ボルトに固定するように自動制御される。AからC
へのポテンシャル降下が0である場合、ブリッジはブリ
ッジバランスにあると言う。ブリッジバランスにおいて
は以下の条件が存在する:
The voltage VB is automatically controlled so as to fix the voltage difference between A and C in FIG. A to C
If the potential drop to is zero, the bridge is said to be in bridge balance. The following conditions exist for bridge balance:

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】[0008]

【数3】 (Equation 3)

【0009】[0009]

【数4】 (Equation 4)

【0010】式3を式4で割り、式1と2を利用すると[0010] By dividing equation 3 by equation 4 and using equations 1 and 2,

【0011】[0011]

【数5】 (Equation 5)

【0012】となり、ここでAnd here

【0013】[0013]

【数6】 (Equation 6)

【0014】である。したがって、ブリッジバランスに
おいてRSはR2の係数βを表す。
## EQU1 ## Therefore, in the bridge balance, RS represents the coefficient β of R2.

【0015】ある圧力においてRSが定常状態を取りう
るためには式(7)が満たされねばならない:
In order for RS to be able to assume a steady state at a certain pressure, equation (7) must be satisfied:

【0016】[0016]

【数7】 (Equation 7)

【0017】従来のピラニゲージは、未知の圧力P
xと、気体に逃げる電力もしくはより便利にブリッジ電
圧に逃げていく電力との間の関係を決定すべく、一連の
既知の圧力に対して校正される。その後、両端からの損
失と放射による損失は一定であると仮定して、ブリッジ
バランスにおいて気体に逃げていく電力もしくはブリッ
ジの電圧に関連する電力から未知の気体圧力Pxが直接
求められる。
The conventional Pirani gauge has an unknown pressure P
A series of known pressures are calibrated to determine the relationship between x and the power escaping to the gas or more conveniently to the bridge voltage. The unknown gas pressure P x is then directly determined from the power escaping to the gas or the power related to the bridge voltage at the bridge balance, assuming that the losses from both ends and the losses due to radiation are constant.

【0018】ピラニゲージは応用範囲が広く、比較的単
純で安価であるように設計されているので、これらのゲ
ージをキャパシタンスマノメータや電離真空計といった
もっと高価なゲージの代用品として使いたいという長ら
くのニーズがあった。しかしながら、現存の設計では精
密な圧力測定、特に低圧における測定に多くの問題点を
残す。
Since the Pirani gauges are designed to be versatile, relatively simple and inexpensive, there is a long-standing need to use these gauges as a substitute for more expensive gauges such as capacitance manometers and ionization gauges. was there. However, existing designs leave many problems for precise pressure measurements, especially at low pressures.

【0019】1977年より前はピラニゲージの圧力上
限は約20トルで、これは高圧下では気体の熱伝導がマ
クロサイズの装置内の圧力から実質的に独立してしまう
という事実によるものである。本発明者の1人は譲渡者
(Granville-Phillips社、コロラド州ボールダー)によ
って1977年より製造され販売されているコンベクト
ロン(商標)ゲージの開発を補助したが、この装置は2
0から1000トルまで感度を高めるために、検出素子
の対流冷却を利用している。コンベクトロンゲージは世
界中で数十万台が販売された。最近では模造品が市場に
出回っている。
Prior to 1977, the Pirani gauge had an upper pressure limit of about 20 Torr, due to the fact that under high pressure, the heat transfer of the gas was substantially independent of the pressure in the macro-sized device. One of the present inventors assisted in the development of a Convectron (TM) gauge manufactured and sold by the assignee (Granville-Phillips, Boulder, CO) since 1977.
To increase the sensitivity from 0 to 1000 Torr, convective cooling of the sensing element is used. Hundreds of thousands of Convectron gauges were sold worldwide. Recently, imitations have been on the market.

【0020】コンベクトロンゲージはあるニーズは満た
したものの、いくつかの欠点があった。対流に充分な空
間を確保するために内部の大きさが大きく成らざるをえ
ないのである。したがって、コンベクトロンゲージは比
較的大きい。対流は重力に依存するので、高圧下での圧
力測定はセンサ軸の向きに依存する。また、気体の伝導
による冷却が主たる圧力範囲は対流冷却のおこる圧力範
囲ときちんと重ならないため、 コンベクトロンゲージ
は約20から200トルの間では感度が限られる。
Although the convexron gauge met certain needs, it had several disadvantages. In order to secure enough space for convection, the inside size must be large. Therefore, the convexron gauge is relatively large. Since convection depends on gravity, pressure measurement under high pressure depends on the orientation of the sensor axis. Also, the pressure range for cooling by gas conduction does not overlap exactly with the pressure range for convection cooling, so the sensitivity of a convextron gauge is limited between about 20 and 200 torr.

【0021】これらの問題を避けるために超小型ピラニ
センサが開発され、検出素子から壁への距離が以前使用
されていたたとえば0.5インチといった大きなもので
なく数ミクロンといったオーダーとなっている。たとえ
ばHigashi他による米国特許第4682503
号、Shie他による米国特許第5347869号、ま
たW.J.Alvesteffer他によるJ.Va
c.Sci.Technol.A13(6)1995年
11/12月号の記事には最新のピラニゲージに関する
研究が記載されている。これらのように検出素子から壁
への距離を短くすることで、大気圧以上の圧力でも熱伝
導を圧力に依存させることができる。したがってそのよ
うな微視的センサは低圧から大気圧以上にわたる良好な
感度を有し、どのような向きでも機能する。
In order to avoid these problems, microminiature Pirani sensors have been developed, where the distance from the sensing element to the wall is on the order of a few microns instead of the large one used previously, eg 0.5 inch. See, for example, U.S. Patent No. 4,682,503 to Higashi et al.
No. 5,347,869 to Shie et al. J. J. Alvesteffer et al. Va
c. Sci. Technol. An article in A13 (6) November / December 1995 describes the latest research on the Pirani gauge. By shortening the distance from the detection element to the wall as described above, the heat conduction can be made to depend on the pressure even at a pressure higher than the atmospheric pressure. Thus, such a microscopic sensor has good sensitivity ranging from low pressure to above atmospheric pressure and works in any orientation.

【0022】超小型ゲージを開発しようとするとさまざ
まな問題がある。超小型センサは広範囲の圧力にわたっ
て向きには関係がない良好な感度を持つといっても、そ
の設計は極めて複雑で、その製造には数十万ドルもする
非常に特殊な装置を用いたたくさんの入念な製造工程を
必要とする。
There are various problems when trying to develop a micro gauge. Although microsensors have good sensitivity regardless of orientation over a wide range of pressures, their design is extremely complex, and their manufacture requires many hundreds of thousands of dollars using very specialized equipment. Requires elaborate manufacturing processes.

【0023】超小型センサはマクロサイズのセンサと同
様に周囲温度による誤差に悩まされる。式(7)の熱損
失の項はすべて周囲温度に依存しており、また与えられ
た圧力での検出素子の温度にも依存する。したがって、
温度補正なしでピラニゲージを使用して圧力を測定しよ
うとすると、周囲温度変化によって生じ、かつ圧力とは
無関係な電力損失によって測定結果が混乱することにな
る。現在のピラニゲージは周囲温度変化によって生じる
誤差を補正しようとする。このような誤差の補正に広く
使用されている手段は、図1aと1bに示すように、温
度に敏感な補正素子RCを固定抵抗Rと直列にしてR2
のかわりに使用することである。
Micro sensors, like macro-sized sensors, suffer from ambient temperature errors. All of the heat loss terms in equation (7) depend on the ambient temperature and also on the temperature of the sensing element at a given pressure. Therefore,
Attempting to measure pressure using a Pirani gauge without temperature compensation will confuse the measurement results due to ambient temperature changes and power losses independent of pressure. Current Pirani gauges attempt to correct for errors caused by changes in ambient temperature. A widely used means for correcting such errors is to connect a temperature sensitive correction element RC in series with a fixed resistor R and R2 as shown in FIGS. 1a and 1b.
Instead of using it.

【0024】英国特許GB2105047A号は分圧器
を構成する追加的抵抗器の使用を公開している。J.
H.Leckによる「Pressure Measurement in Vacuu
m」(Chapman and Hall、ロンドン、1664年)の5
8ページにはHaleが1911年にRSと同じ材料で
RSと同じ物理的大きさのR2をピラニゲージに使用し
たことが述べられている。R2はそれ専用の真空環境に
密閉され、RSの近傍に置かれた。R2とRSでの圧力
が同じならば、温度補正は非常に優れている。しかしな
がらそれ以外の圧力ではこの手段による温度補正はあま
り有効ではない。
GB 2105047A discloses the use of additional resistors to form a voltage divider. J.
H. "Pressure Measurement in Vacuu by Leck
m ”(Chapman and Hall, London, 1664)
Page 8 states that Hale used R2 in 1911 for the Pirani gauge with the same material and the same physical size as RS. R2 was sealed in its own vacuum environment and placed near RS. If the pressures at R2 and RS are the same, the temperature correction is very good. However, at other pressures, temperature compensation by this means is not very effective.

【0025】余計な費用とR2を他とは分離したガラス
球の中に真空で密閉する複雑さとを避けるため、R2は
従来RSと同じ真空環境に置かれてきた。R2が比較的
大きい熱的質量と熱損失を持つようにすることで、R2
自身が暖まる影響は無視できうる。LeckはR2を
「たとえば一方が銅で他方がニクロム線といった2素子
構成にすることで(R2の)全体の温度係数がピラニ素
子自体(RS)のそれと一致するようにする」ことを推
奨している。Leckによればこの温度補正方法は英国
のEdwards High Vacuum of Great Britain社のMETR
OVACブランドのゲージに使用されてきた。類似の温
度補正方法はCONVECTRONブランドのゲージに
も使用されている。
R2 has traditionally been placed in the same vacuum environment as RS to avoid the extra expense and complexity of vacuum sealing R2 in a separate glass sphere. By making R2 have a relatively large thermal mass and heat loss, R2
The effect of warming itself can be ignored. Leck recommends that R2 be "two-element, one copper and the other nichrome, so that the overall temperature coefficient (of R2) matches that of the Pirani element itself (RS)". I have. According to Leck, this method of temperature compensation is a METR from Edwards High Vacuum of Great Britain, a UK company.
It has been used for OVAC brand gauges. A similar temperature compensation method is used for CONVECTRON brand gauges.

【0026】しかしながら(抵抗の温度係数が異なる2
種類以上の材料をR2に使用しRSの温度係数に近似さ
せるという)この技術は狭い圧力範囲においてのみ有効
である。事実、ピラニゲージにおけるこの方法での温度
補正について述べた米国特許第4541286号にある
ように、この補正は1箇所もしくはせいぜい数カ所の温
度においてのみ正確である。また、大きい熱的質量の物
体を使った構成は、周囲温度の急激な変化に対するゲー
ジの反応時間を非常に増大させることを本発明者は発見
した。
However, (Temperature coefficient of resistance is different 2
This technique is useful only in a narrow pressure range (using more than one type of material for R2 to approximate the temperature coefficient of RS). In fact, this correction is only accurate at one or at most several temperatures, as in US Pat. No. 4,541,286 which describes a temperature correction in this way in a Pirani gauge. The inventors have also discovered that configurations using objects of large thermal mass greatly increase the response time of the gauge to sudden changes in ambient temperature.

【0027】また、広範囲にわたるコンピュータシミュ
レーションにより、Leckによって推奨されまた従来
技術で行われてきたようにRSとR2の温度係数を同じ
にすることは完全に正確な温度補正を提供するものでは
ないことも本発明者は発見した。さらに約5×10-3
ル以下の圧力では検出素子末端からの損失はその他すべ
ての損失をあわせたものよりも大きいこともわかった。
本研究によって決定された相対損失成分(全損失におけ
る放射損失、末端損失、気体損失成分)は図2のグラフ
に示すとおりである。1×10-5トルでは末端損失は気
体損失より1000倍以上も大きく、放射損失は気体損
失より約100倍大きい。
Also, extensive computer simulations have shown that making the temperature coefficients of RS and R2 the same as recommended by Leck and performed in the prior art does not provide completely accurate temperature correction. The present inventors have also found out. Further, it was found that at a pressure of about 5 × 10 −3 Torr or less, the loss from the end of the detecting element was larger than the sum of all other losses.
The relative loss components (radiation loss, terminal loss, and gas loss components in the total loss) determined by this study are as shown in the graph of FIG. At 1.times.10.sup.- 5 torr, terminal losses are more than 1000 times greater than gas losses and radiation losses are about 100 times greater than gas losses.

【0028】したがって、従来のピラニゲージにおける
温度変化の影響は気体の伝導損失が非常に低くなる非常
な低圧において特に問題である。従来の熱損失ゲージは
たとえば1×10-5トルといった非常に低い圧力を正確
に測定することはできない。本発明者は、この限界は周
囲温度が変わる時に検出素子における末端損失を充分に
一定に保てなかった結果であることを発見した。アルベ
スティファー型のピラニゲージは10-5トルのような範
囲でも圧力を表示する能力があるが、この範囲では正確
な表示はできない。たとえば、典型的ピラニゲージでは
末端損失が1/5000に保たれないと、1×10-5
ルでは圧力表示は50〜100%少なくなってしまう。
Thus, the effect of temperature changes in conventional Pirani gauges is particularly problematic at very low pressures where gas conduction losses are very low. Conventional heat loss gauges cannot accurately measure very low pressures, for example, 1 × 10 −5 Torr. The inventor has discovered that this limit is the result of the terminal losses in the sensing element not being kept sufficiently constant when the ambient temperature changes. Alvestipher-type Pirani gauges are capable of displaying pressure in a range such as 10 -5 Torr, but cannot provide accurate readings in this range. For example, with a typical Pirani gauge, if the end loss is not kept at 1/5000, at 1 × 10 -5 Torr, the pressure reading will be 50-100% less.

【0029】以下の分析は、なぜ従来の設計が低圧での
周囲温度変化に適切な補正をすることがうまくできない
かを示す。従来技術を検証するにあたり、検出素子と壁
との空間が比較的大きいゲージの例を便利的に用いて問
題点を説明する。同様な問題は検出素子から壁への距離
が数ミクロンといったオーダーの超小型ゲージの複雑な
構造にもみられることが理解されねばならない。
The following analysis shows why conventional designs fail to adequately compensate for ambient temperature changes at low pressures. In verifying the prior art, the problem will be described by conveniently using an example of a gauge in which the space between the detection element and the wall is relatively large. It should be understood that similar problems are found in the complex structure of micro gauges on the order of a few microns from the sensing element to the wall.

【0030】図3は従来のピラニゲージの一素子302
を概略的に示し、このゲージは小直径ワイヤの検出素子
304と補正素子303を使用している。ピラニゲージ
の設計に通じている者は図3の各要素は説明と理解をし
やすくするために一定の縮尺で描かれていないことに気
づくであろう。典型的には小直径ワイヤの検出素子30
4はもっと大きな電気コネクタ306、307に電気的
にも熱的に結合しており、これらコネクタはもっと大き
な支持構造308、309に熱的に結合している。TAL
をある時間tにおける検出素子304の左端の支持構造
308の温度とし、 TARを検出素子304の右端の支
持構造309の温度とする。TSLとTSRをそれぞれ左の
検出素子コネクタ306と右の検出素子コネクタ307
の温度とする。TCLとTCRをそれぞれ左の補正素子コネ
クタ310と右の補正素子コネクタ311の温度とす
る。TXLとTXRをそれぞれ左の検出素子コネクタ3
06と右の検出素子コネクタ307からΔX離れた点で
の温度とする。従来の設計では、これらの温度はすべて
同じであると明白に仮定されてきた。しかしながら、一
見無視できそうな差でも低圧における測定の精度に重大
な影響を及ぼすことを本発明者は発見した。
FIG. 3 shows one element 302 of a conventional Pirani gauge.
This gauge uses a small diameter wire sensing element 304 and a compensating element 303. Those familiar with the design of the Pirani gauge will note that the elements of FIG. 3 are not drawn to scale for ease of explanation and understanding. Typically, a small diameter wire sensing element 30
4 is also electrically and thermally coupled to larger electrical connectors 306 and 307, which are thermally coupled to larger support structures 308 and 309. T AL
Is the temperature of the support structure 308 at the left end of the detection element 304 at a certain time t, and T AR is the temperature of the support structure 309 at the right end of the detection element 304. T SL and T SR are respectively connected to the left detection element connector 306 and the right detection element connector 307.
Temperature. Let T CL and T CR be the temperatures of the left correction element connector 310 and the right correction element connector 311 respectively. TXL and TXR are each connected to the left detecting element connector 3.
06 and the temperature at a point ΔX away from the right detection element connector 307. In conventional designs, it has been explicitly assumed that these temperatures are all the same. However, the inventors have found that even seemingly negligible differences have a significant effect on the accuracy of measurements at low pressures.

【0031】温度補正において要求されることをよりよ
く理解するために、いくつかの事柄に注意することが大
切である。
To better understand what is required in temperature compensation, it is important to note several things.

【0032】(1) 低圧では、RCの温度は補正素子
とその結合素子の間の熱交換によって主に決定される。
これは、周囲温度、低圧の状態では補正素子からその周
辺に熱を伝えるには放射や気体伝導は補正素子の両端か
らの熱伝導に比べて大変に非効率的だからである。した
がって、低圧では式8に示すように、補正素子の温度は
補正素子の両端のコネクタ温度の平均に非常に近くなる
であろう。
(1) At low pressures, the temperature of RC is mainly determined by the heat exchange between the correction element and its coupling element.
This is because radiation and gas conduction are very inefficient to transfer heat from the correction element to its surroundings at ambient temperature and low pressure compared to heat conduction from both ends of the correction element. Thus, at low pressure, as shown in Equation 8, the temperature of the correction element will be very close to the average of the connector temperatures across the correction element.

【0033】[0033]

【数8】 (Equation 8)

【0034】(2)電気的に暖められた検出素子の温度
は両端から中心にかけて変化し、クーラーの支持素子か
らの距離が長くなるにつれて増える。本発明者は有限要
素解析を用いて検出素子の温度分布をシミュレートし
た。RSとRCの抵抗の温度係数を同じにすると、検出
素子のいかなる部分nにおいても温度Tnは定圧、ブリ
ッジバランスの補正素子RCの平均温度TAVGとともに
変化し、その差ΔTn=Tn−TAVGが一定になるように
変化する。この差ΔTnはR=R2−RCとすると、こ
のRとβの関数である。
(2) The temperature of the electrically heated detection element changes from both ends to the center, and increases as the distance of the cooler from the support element increases. The present inventor simulated the temperature distribution of the detection element using finite element analysis. When the same temperature coefficient of RS and RC of the resistor, even if the temperature T n varies constant pressure, together with the average temperature T AVG correcting elements RC bridge balance in any part n of the detection element, the difference [Delta] T n = T n - It changes so that TAVG becomes constant. The difference ΔT n is a function of R and β, where R = R2−RC.

【0035】(3) 式5によると、ブリッジバランス
における検出素子の抵抗RSはR2の抵抗のβ倍に維持
される。周囲温度が上昇するにつれて補正素子コネクタ
の温度もまた上昇し、したがってRCの温度と抵抗が式
8に従って変化する。RCのどのような温度上昇とそれ
に伴う抵抗上昇もブリッジバランスにあるRSのすべて
の部分の温度と抵抗の上昇を引き起こす。
(3) According to Equation 5, the resistance RS of the detection element in the bridge balance is maintained at β times the resistance of R2. As the ambient temperature increases, the temperature of the correction element connector also increases, so that the temperature and resistance of RC change according to Eq. Any increase in the temperature of RC and the resulting increase in resistance will cause an increase in the temperature and resistance of all parts of the RS in bridge balance.

【0036】(4) 検出素子の両端から失われる電力
は式9のように検出素子の両端の温度勾配γに依存す
る:
(4) The power lost from both ends of the detection element depends on the temperature gradient γ between both ends of the detection element as shown in Equation 9:

【0037】[0037]

【数9】 (Equation 9)

【0038】ここでkは定数であり、Where k is a constant,

【0039】[0039]

【数10】 (Equation 10)

【0040】[0040]

【数11】 [Equation 11]

【0041】である。もしγLやγRがなんらかの理由で
変化すると、末端損失も変化し、圧力表示が不正確にな
る。
Is as follows. If γ L or γ R changes for any reason, the terminal losses will also change and the pressure reading will be inaccurate.

【0042】低圧における従来技術の温度補正の重大な
欠陥を詳しく理解するため、定常状態からTARがわずか
だけ、たとえば右の支持構造の局所的周囲温度が上昇し
たと仮定する。TALはそのままとする。TALが変化しな
いと仮定しているので、 TCLもTSLも不変である。し
かし、TARの上昇は結合素子をとおして熱伝導がおこる
のでTCRを上昇させる。したがってTAVGも上昇する。
AVGの上昇はブリッジバランスにあるTXLとTXRも上
昇させ、γLとγRに変化をきたす。γLとγRの変化は式
7の末端損失の項を変化させ、γLやγRの変化の大きさ
に依存する圧力測定に誤差を生じさせる。
To better understand the significant deficiencies of the prior art temperature compensation at low pressure, assume that T AR has increased only slightly from steady state, eg, the local ambient temperature of the right support structure. TAL remains unchanged. Assuming that T AL does not change, both T CL and T SL are unchanged. However, an increase in T AR increases T CR because heat conduction occurs through the coupling element. Therefore, T AVG also increases.
An increase in T AVG also increases T XL and T XR in the bridge balance, causing changes in γ L and γ R. Changes in γ L and γ R change the terminal loss term in Equation 7, causing errors in pressure measurements that depend on the magnitude of the change in γ L and γ R.

【0043】TALがTARと実質的に同じように変化しな
い限り、周囲温度が変化する際には常に検出素子の末端
損失が変化しないことはないと本発明者は決定した。従
来のピラニゲージは低い圧力の測定を精密に行うのに必
要な程度にはTALをTARと等しく保てるようには設計さ
れていなかった。
The inventor has determined that the terminal loss of the sensing element does not always change when the ambient temperature changes unless T AL changes substantially in the same manner as T AR . Conventional Pirani gauges were not designed to keep T AL equal to T AR to the extent necessary to accurately measure low pressures.

【0044】従来の温度補正における別の重大な欠陥を
理解するため、定常状態から周囲温度が上昇し、TAL
ARであると仮定する。さらに、検出素子の長さは同じ
だが、従来普及しているピラニゲージのように右の補正
素子コネクタが左のものより長いと仮定する。したがっ
てTSL=TSRだが、長さのちがいのためTCRはTCLより
遅れて変化する。TCL≠TCRとなるこの遅れの間にT
AVGが変化し、ブリッジバランスでTXLとTXRが変化す
る。したがってこの遅れの間にγLやγRが継続的に変化
し、低圧での圧力表示に誤差を生じさせる。
To understand another significant deficiency in conventional temperature compensation, the ambient temperature rises from steady state and T AL =
Assume T AR . Further, it is assumed that the length of the detection element is the same, but that the right correction element connector is longer than the left one, as in the Pirani gauge conventionally used. Therefore, T SL = T SR, but T CR changes later than T CL because of the difference in length. During this delay when T CL ≠ T CR
AVG is changed, T XL and T XR changes at bridge balance. Therefore, during this delay, γ L and γ R continuously change, causing an error in pressure display at low pressure.

【0045】検出素子コネクタと補正素子コネクタが物
理的に同じ大きさで熱的な特性が同じでない限り、周囲
温度が変化すれば検出素子末端からの損失は不変ではな
いと本発明者は決定した。従来のピラニゲージは検出素
子コネクタと補正素子コネクタが物理的に同じ大きさで
熱的な特性が同じになるようには特に設計されてこなか
った。
The inventor has determined that the loss from the end of the sensing element is not invariant if the ambient temperature changes, unless the sensing element connector and the correction element connector are physically the same size and have the same thermal characteristics. . The conventional Pirani gauge has not been specifically designed so that the detection element connector and the correction element connector have the same physical size and the same thermal characteristics.

【0046】別の重要な欠陥は(本発明者によって発見
されたのだが)補正素子と検出素子の質量差によるもの
である。典型的にそうであるように、補正素子の質量が
検出素子のそれより実質的に大きいと仮定しよう。従来
のピラニゲージでは補正素子を検出素子より大きくとる
ことが通常行われてきた。これにより補正素子の周囲へ
の比較的大きい熱損失経路ができ、RCにおける電力の
消失に起因する熱の発生が分散できる。定常状態から周
囲温度が上昇し、常にTAL=TARと仮定しよう。したが
って補正素子が新しい定常状態の温度に達するのにかか
る時間はTSLとTSRが新しい定常状態の温度に達するの
にかかる時間よりも長い(従来普及しているピラニゲー
ジでは数時間かかることが観察されている)。この間に
AVGが継続的に変化し、ブリッジバランスでTXLとT
XRを継続的に変化させる。したがってγLやγRもこのラ
グタイムに変化し、検出素子の末端損失は一定ではなく
低い圧力の測定に誤差をきたす。
Another important defect is due to the mass difference between the correction element and the detection element (as discovered by the inventor). Assume, as is typically the case, that the mass of the correction element is substantially greater than that of the detection element. In a conventional Pirani gauge, it is usual to make the correction element larger than the detection element. This creates a relatively large heat loss path to the periphery of the correction element and disperses the generation of heat due to power loss in RC. Let us assume that the ambient temperature rises from the steady state and that T AL = T AR . Thus, the time it takes for the correction element to reach the new steady state temperature is longer than the time it takes for T SL and T SR to reach the new steady state temperature. Has been). During this time, T AVG changes continuously, and T XL and T
Change XR continuously. Therefore, γ L and γ R also change during this lag time, and the terminal loss of the detection element is not constant, causing an error in measurement of low pressure.

【0047】同様な問題はブリッジバランスで周囲温度
が変化するにつれて補正素子が検出素子と異なる速度で
温度を変化させるように設計してもおこる。アルベステ
ィファー型の装置などの従来設計にはこの欠陥がある。
A similar problem arises even when the correction element is designed to change the temperature at a different speed from the detection element as the ambient temperature changes due to bridge balance. Conventional designs such as Alvestipher-type devices suffer from this deficiency.

【0048】研究結果から、補正素子が検出素子と同じ
速度で温度を変化させるように設計されない限り、検出
素子の末端損失は周囲温度が新しい値におちついたずっ
と後までも変化し続けることを本発明者は発見した。し
かし、従来のピラニゲージはこの要求を満たすようには
設計されてこなかった。
Research has shown that unless the correction element is designed to change temperature at the same rate as the detection element, the terminal losses of the detection element continue to change long after the ambient temperature has settled to a new value. The inventor has discovered. However, conventional Pirani gauges have not been designed to meet this requirement.

【0049】R2の代わりに検出素子と同じ抵抗の温度
係数を持つ補正素子RCを温度に反応しない抵抗Rと直
列にして使用することで、検出素子とその周辺間の温度
差として変化する気体損失および末端損失に対する温度
補正をすることができることが長らく知られている。こ
の温度補正方法はCONVECTRONゲージに長年に
わたって使用され、またアルベスティファーゲージでも
使用されている。
By using a correction element RC having the same temperature coefficient of resistance as that of the detection element in series with the resistance R which does not respond to temperature in place of R2, gas loss which changes as a temperature difference between the detection element and its surroundings can be obtained. It has long been known that it is possible to make temperature corrections for terminal losses. This temperature compensation method has been used for many years on CONVECTRON gauges, and has also been used on Alvestipher gauges.

【0050】この温度補正方法は(1)検出素子と補正
素子の抵抗の温度係数が同じで、(2)検出素子の抵抗
の変化は補正素子の抵抗の変化につれて上昇するように
なっていれば、(3)検出素子の温度は周囲温度の変化
にともなって上昇するとしている。これらの2つの仮定
を満たすことはもちろん非常に理想的である。なぜなら
ば暖められた検出素子と周囲温度にあるその周りの壁と
の温度差は周囲温度が変化しても一定であることがこれ
らの仮定を満たすことで保証されるからである。
In this temperature correction method, if (1) the temperature coefficient of the resistance of the detection element and the temperature coefficient of the resistance of the correction element are the same, and (2) the change in the resistance of the detection element increases with the change in the resistance of the correction element. (3) It is stated that the temperature of the detecting element rises with a change in the ambient temperature. Meeting these two assumptions is, of course, very ideal. This is because satisfying these assumptions ensures that the temperature difference between the warmed sensing element and the surrounding wall at ambient temperature is constant even when the ambient temperature changes.

【0051】しかしながら、固定抵抗Rと温度に敏感な
抵抗RCを直列にしてR2の代わりに使う従来のゲージ
は以下に述べるように部分的な温度補正しかできないこ
とを本発明者は発見した。
However, the present inventor has discovered that the conventional gauge which uses the fixed resistor R and the temperature-sensitive resistor RC in series in place of R2 can perform only partial temperature correction as described below.

【0052】図1aにおいてR2は温度に敏感な補正素
子RCと温度に無関係な抵抗Rより成ると仮定する。し
たがって
In FIG. 1a, it is assumed that R2 comprises a temperature-sensitive correction element RC and a temperature-independent resistor R. Therefore

【0053】[0053]

【数12】 (Equation 12)

【0054】である。よってブリッジバランスのために
導き出された上記の式5は以下のように書かれてもよ
い。
Is as follows. Thus, Equation 5 above derived for bridge balance may be written as:

【0055】[0055]

【数13】 (Equation 13)

【0056】ここでβは上記の式6で定義される。Here, β is defined by the above equation (6).

【0057】さらに、ゲージ環境の周囲温度がT1に等
しい時、検出素子はTS1で動作し、補正素子はTC1で動
作すると仮定する。したがって、もし
[0057] Further, assume that the ambient temperature of the gauge environment when equal to T 1, the detection device operates at T S1, the correction element operates at T C1. Therefore, if

【0058】[0058]

【数14】 [Equation 14]

【0059】なら式13は以下のようにも表せる。Then, Equation 13 can be expressed as follows.

【0060】[0060]

【数15】 (Equation 15)

【0061】ここでRS(T1)は温度T1における検出
素子の抵抗であり、αSは温度T1における抵抗RSの温
度係数である。RC(T1)は温度T1における補正素子
の抵抗であり、αCは温度T1における抵抗RCの温度係
数である。したがってもしTAMBIENT = T2ならば式
13は以下のように記述されてもよい。
Here, RS (T 1 ) is the resistance of the detection element at the temperature T 1 , and α S is the temperature coefficient of the resistance RS at the temperature T 1 . RC (T 1 ) is the resistance of the correction element at the temperature T 1 , and α C is the temperature coefficient of the resistance RC at the temperature T 1 . Thus, if T AMBIENT = T 2 , Equation 13 may be written as:

【0062】[0062]

【数16】 (Equation 16)

【0063】式15をTS1について解くと、Solving equation 15 for T S1 gives

【0064】[0064]

【数17】 [Equation 17]

【0065】となり、式16をTS2について解くと、And solving Equation 16 for T S2 ,

【0066】[0066]

【数18】 (Equation 18)

【0067】となる。式17を式18からひくと周囲温
度がT1からT2に変わった時の検出素子RSの温度変化
ΔTがわかる。したがって
Is obtained. By subtracting Equation 17 from Equation 18, the temperature change ΔT of the detection element RS when the ambient temperature changes from T 1 to T 2 can be found. Therefore

【0068】[0068]

【数19】 [Equation 19]

【0069】である。ここで、効果的な補正素子はその
温度が周囲温度に近くなっていくよう設計されることに
注意する。したがってよい近似のためには
Is as follows. Note that an effective correction element is designed such that its temperature approaches the ambient temperature. So for a good approximation

【0070】[0070]

【数20】 (Equation 20)

【0071】となる。よって式19は以下のように表せ
る。
Is obtained. Therefore, Equation 19 can be expressed as follows.

【0072】[0072]

【数21】 (Equation 21)

【0073】式21より、検出素子RSの温度変化ΔT
は周囲温度変化T2−T1に以下の時だけ等しいことが明
らかである。
From equation 21, the temperature change ΔT of the detecting element RS
It is evident that equal only when the following changes in ambient temperature T 2 -T 1.

【0074】[0074]

【数22】 (Equation 22)

【0075】図1aのようにR2の代わりに温度に敏感
な補正素子RCを固定抵抗Rと直列に使用した従来のゲ
ージではβの選択に依存する部分的な温度補正しか得ら
れない。アルベスティファーらによって記述された設計
の商業的に利用可能なゲージ、つまり本発明者が現在知
っているピラニゲージの最新の製品であるが、これは式
22を満たさない。
As shown in FIG. 1a, the conventional gauge using a temperature-sensitive correction element RC in series with the fixed resistor R instead of R2 can provide only a partial temperature correction depending on the selection of β. A commercially available gauge of the design described by Alvestifer et al., The latest product of the Pirani gauge known to the present inventor, does not satisfy Equation 22.

【0076】従来のゲージ設計に関する第三の問題とし
て、R2における電力消失の程度が精度に不利に働くこ
とを本発明者は発見した。図1aのように構成された従
来のピラニゲージは、ブリッジバランスの補正素子と同
様に、圧力に依存する電流がRSに流れる。図1bのよ
うに構成された場合は、圧力に依存する電圧がブリッジ
バランスでRSとR2に同様にかかる。もちろんR2に
流れる圧力に依存する電流はRCの温度を周囲温度より
上昇させ、この上昇分は圧力によって変化する。
As a third problem with the conventional gauge design, the inventor has discovered that the degree of power loss in R2 has a disadvantageous effect on accuracy. In the conventional Pirani gauge configured as shown in FIG. 1A, a pressure-dependent current flows through RS, similarly to the bridge balance correction element. When configured as in FIG. 1b, a pressure dependent voltage is equally applied to RS and R2 at bridge balance. Of course, the current dependent on the pressure flowing through R2 causes the temperature of RC to rise above ambient temperature, and this rise varies with pressure.

【0077】従来のピラニゲージは典型的には検出素子
より物理的にずっと大きい補正素子を使用している。こ
れは熱を消失させ、それにより補正素子のよけいな温度
上昇を防ぐためである。上述のように、検出素子と補正
素子の大きさが違うと周囲温度が変化した際に測定誤差
を生じる。
Conventional Pirani gauges typically use correction elements that are physically much larger than detection elements. This is to dissipate the heat, thereby preventing the extra temperature rise of the correction element. As described above, if the sizes of the detection element and the correction element are different, a measurement error occurs when the ambient temperature changes.

【0078】第四の問題は従来のピラニゲージは周囲温
度が変化すると低圧では圧力表示に変動が生じることで
ある。従来のピラニゲージは周囲温度が変化しても検出
素子から失われる電力を不変にしようと様々な構成部品
を使用している。たとえば米国特許第4682503号
にあるように、周囲温度制御のために熱電冷却が使用さ
れ、これによって周囲温度変化を最小限にしている。
A fourth problem is that in the conventional Pirani gauge, when the ambient temperature changes, the pressure display fluctuates at a low pressure. Conventional Pirani gauges use various components to maintain the power lost from the sensing element even when the ambient temperature changes. For example, as in US Pat. No. 4,682,503, thermoelectric cooling is used for ambient temperature control, thereby minimizing ambient temperature changes.

【0079】米国特許第4541286号に記載の装置
にはブリッジの補正素子の辺の近隣に熱的に敏感な素子
を搭載している(実際、商業用のものではこれは真空の
囲いの外部に接合されている)。アルベスティファーら
は追加的な素子(彼らの設計でR4となっているもの)
をブリッジに加え、動作中の温度における検出素子の抵
抗の温度係数が周囲温度における補正素子のそれと若干
食い違うという事実に対してそれを補正するようにして
いる。このような従来のハードウェアはそれぞれ周囲温
度変化によっておこる誤差をある程度は取り除くもの
の、すべてを取り除けるものではない。したがって従来
のピラニゲージは周囲温度が変化すると、低圧では圧力
表示に重大な変動を生じる。
The device described in US Pat. No. 4,541,286 incorporates a thermally sensitive element near the side of the correction element of the bridge (in fact, for commercial use this is outside the vacuum enclosure). Are joined). Alvestifer et al. Have additional elements (designed as R4)
Is added to the bridge to compensate for the fact that the temperature coefficient of the resistance of the sensing element at operating temperature differs slightly from that of the correction element at ambient temperature. Such conventional hardware can remove errors caused by changes in ambient temperature to some extent, but cannot remove all of them. Therefore, conventional Pirani gauges have significant fluctuations in pressure readings at low pressures when the ambient temperature changes.

【0080】米国特許第5608168号に記載の別の
従来のシステムはブリッジの様々な電気的測定(または
その近似)を関連づけ、温度に依存する抵抗の値または
温度を決定し、このパラメータを圧力測定において考慮
する。しかし、このシステムは温度その他の値の測定を
しなければならないため複雑さが増す。
Another conventional system described in US Pat. No. 5,608,168 relates various electrical measurements (or an approximation) of the bridge, determines the value of the temperature-dependent resistance or temperature, and measures this parameter with the pressure measurement. Consider in. However, this system adds to the complexity of having to measure temperature and other values.

【0081】したがって、これらの問題を克服する改良
されたピラニ型のゲージが望まれている。
Accordingly, there is a need for an improved Pirani-type gauge that overcomes these problems.

【0082】[0082]

【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
は熱損失圧力測定のための改良された装置および動作方
法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a general object of the present invention to provide an improved apparatus and method of operation for heat loss pressure measurement.

【0083】別の一般的目的は、温度検出素子にヒーテ
ィング電流を流し、関連する補正素子にはヒーティング
電流を流さない回路を持つ改良されたピラニ型の圧力ゲ
ージを提供することである。
Another general object is to provide an improved Pirani-type pressure gauge having a circuit for passing a heating current through a temperature sensing element and not passing a heating current through an associated correction element.

【0084】さらに、本発明のより特定化した目的は、
補正素子が検出素子と実質的に同じ物理的大きさで、検
出素子と同じ面内ではあるが検出素子からは離れて置か
れ、かつ検出素子と同じ材料でできている改良されたピ
ラニ型の圧力ゲージを提供することである。
Further, a more specific object of the present invention is to
An improved Pirani-type correction element wherein the correction element is substantially the same physical size as the detection element, is in the same plane as the detection element, but is spaced from the detection element, and is made of the same material as the detection element. Is to provide a pressure gauge.

【0085】本発明のさらなる目的は、検出素子全体に
わたって温度が同じになるように熱伝導素子を検出素子
の近傍に配置して改良した熱損失圧力ゲージを提供する
ことである。
It is a further object of the present invention to provide an improved heat loss pressure gauge in which a heat conducting element is positioned near the sensing element such that the temperature is the same throughout the sensing element.

【0086】さらに、周囲温度の変化に応じた検出素子
の膨張や縮小を補正するために検出素子と熱伝導素子の
距離を理想的に保つ手段をさらに含む改良した熱損失圧
力ゲージを提供することを本発明は目的とする。
Further, there is provided an improved heat loss pressure gauge further including a means for ideally keeping a distance between the detecting element and the heat conducting element in order to correct expansion and contraction of the detecting element in accordance with a change in ambient temperature. It is an object of the present invention.

【0087】さらに、本発明は検出素子の熱フロー経路
の物理的大きさと熱伝導性が実質的に補正素子のそれと
同じであるように改良された圧力ゲージを提供すること
を目的とする。
It is a further object of the present invention to provide an improved pressure gauge in which the physical size and thermal conductivity of the heat flow path of the sensing element is substantially the same as that of the correction element.

【0088】本発明のさらなる目的は、温度補正素子の
電圧と電流が圧力から独立しているように改良された熱
損失圧力ゲージを提供することである。
It is a further object of the present invention to provide an improved heat loss pressure gauge in which the voltage and current of the temperature compensating element are independent of pressure.

【0089】本発明のさらなる目的は、ヒーティング手
段が補正素子にヒーティング電圧や電流を加えることな
く、周囲温度において検出素子の抵抗と補正素子の抵抗
との間に一定の差を生じさせるように改良された熱損失
圧力ゲージを提供することである。
It is a further object of the present invention that the heating means produces a constant difference between the resistance of the detection element and the resistance of the correction element at ambient temperature without applying a heating voltage or current to the correction element. To provide an improved heat loss pressure gauge.

【0090】さらに、本発明は直流のヒーティング電圧
を使用する改良された熱損失圧力ゲージを提供すること
を目的とする。
It is a further object of the present invention to provide an improved heat loss pressure gauge using a DC heating voltage.

【0091】本発明のさらなる一般的目的はピラニ型の
ゲージに使用される改良された温度補正方法を提供する
ことである。
A further general object of the present invention is to provide an improved temperature compensation method for use in Pirani-type gauges.

【0092】本発明のより特定化した目的は検出素子の
電圧と電流値が一連の圧力および周囲温度に対して連続
的に記録され、3次元またはそれ以上の次元の校正面を
定義できるピラニゲージで使用される改良された温度補
正の方法を提供することである。
A more specific object of the present invention is a Pirani gauge in which the voltage and current values of the sensing element are continuously recorded for a series of pressures and ambient temperatures and can define three or more dimensional calibration surfaces. It is to provide an improved method of temperature compensation to be used.

【0093】本発明のさらなる目的は、たとえば圧力、
電圧、電流といったわずか3つの次元を用いたモデルを
使用することで正確な校正が得られるピラニゲージに使
用される改良された温度補正の方法を提供することであ
る。
A further object of the invention is, for example, pressure,
It is an object of the present invention to provide an improved method of temperature compensation used in Pirani gauges, in which accurate calibration is obtained by using a model using only three dimensions such as voltage and current.

【0094】本発明のさらなる目的は、電圧Vおよび電
流Iに対応する圧力をPとした時に,収集された校正デ
ータを近似するP=f(V,I)なる式を認識し、また
この式を動作中の圧力の計算に使用することによって正
確な校正が行われるピラニゲージに使用される改良され
た温度補正の方法を提供することである。
A further object of the present invention is to recognize the equation P = f (V, I) which approximates the collected calibration data, where P is the pressure corresponding to voltage V and current I, and Is to provide an improved method of temperature compensation for use in Pirani gauges, where accurate calibration is performed by using in the calculation of pressure during operation.

【0095】本発明のさらなる目的は、電力Wおよび抵
抗Rに対応する圧力をPとした時に,収集された校正デ
ータを近似するP=g(W,R)なる式を認識し、また
この式を動作中の圧力の計算に使用することによって正
確な校正が行われるピラニゲージに使用される改良され
た温度補正の方法を提供することである。
A further object of the present invention is to recognize the equation P = g (W, R) which approximates the calibration data collected, where P is the pressure corresponding to power W and resistance R, and Is to provide an improved method of temperature compensation for use in Pirani gauges, where accurate calibration is performed by using in the calculation of pressure during operation.

【0096】本発明のさらなる目的は、検出素子と補正
素子および二つの固定抵抗を用いたブリッジ回路を使用
し、与えられた温度にその温度に対する補正素子の温度
係数を乗算した温度において補正素子の抵抗に一方のブ
リッジ固定抵抗の抵抗を乗算したものがその温度に対す
る検出素子の温度係数と検出素子の抵抗とさらに他方の
ブリッジ固定抵抗をかけたものに等しい熱損失圧力ゲー
ジを提供することである。
A further object of the present invention is to use a bridge circuit using a detection element, a correction element and two fixed resistors, and to multiply the correction element at a given temperature by the temperature coefficient of the correction element for that temperature. The resistance multiplied by the resistance of one bridge fixed resistor is to provide a heat loss pressure gauge equal to the temperature coefficient of the sensing element for that temperature, the resistance of the sensing element multiplied by the other bridge fixed resistor. .

【0097】[0097]

【課題を解決するための手段】低、中、高圧における圧
力測定の精度を重大に向上させるために共に動作する様
々な改良を本発明において提供し、それにより単体のゲ
ージによる正確な圧力測定範囲を低圧から高圧まで拡張
することによってこれらの目的は遂行される。
SUMMARY OF THE INVENTION Various improvements are provided in the present invention that work together to significantly improve the accuracy of pressure measurements at low, medium and high pressures, thereby providing accurate pressure measurement ranges with a single gauge. These objectives are accomplished by extending from low pressure to high pressure.

【0098】第一の改良として、小直径ワイヤの検出素
子が小直径ワイヤの補正素子と同じ面内に離れて置か
れ、これらとともに平行平らな熱伝導性の二つのプレー
トが検出素子と補正素子からそれぞれ15ミクロン離れ
て置かれる。これにより、対流に頼らず、単純な幾何学
で高い相対感度を本発明者は実現した。超小型ピラニゲ
ージ設計の極端な複雑さや費用、また検出素子の対流冷
却のいくつかの欠点は同時に避けられる。
As a first improvement, the small diameter wire sensing element is spaced apart in the same plane as the small diameter wire compensating element, along with two parallel flat thermally conductive plates comprising the sensing element and the compensating element. From each other at 15 microns. As a result, the present inventor has realized high relative sensitivity with simple geometry without relying on convection. The extreme complexity and cost of the microminiature Pirani gauge design and some disadvantages of convective cooling of the sensing element are avoided at the same time.

【0099】この極めて単純で小さく安価な測定手段
が、非常に複雑な超小型ピラニゲージや、もっと大型で
位置に敏感な対流冷却のピラニゲージによって得られて
いたのと同じ大圧力程度までの結果を出すことができ
る。驚いたことに、この改良により超小型アルベスティ
ファーゲージの検出素子のわずか3%の体積の検出素子
ですむ。新しい装置の補正素子はアルベスティファー型
素子の0.5%より少ない体積である。
This extremely simple, small and inexpensive measuring means produces results up to about the same high pressures as have been obtained with very complex microminiature Pirani gauges or larger, more position sensitive convection cooled Pirani gauges. be able to. Surprisingly, this improvement requires only 3% of the detector element of the micro Alvestipher gauge. The correction element of the new device has a volume of less than 0.5% of the Alvestipher-type element.

【0100】本発明はまた、温度補正を向上させる。低
圧での圧力測定の精度は検出素子の両端における温度勾
配γ(式10、11参照)をよりうまく一定に保つこと
で重大に向上する。γの一定性は以下を同時に行うこと
で達成される: 1 検出素子と補正素子に物理的大きさ、熱特性、抵抗
特性が同じものを使用する。
The present invention also improves temperature correction. The accuracy of the pressure measurement at low pressure is significantly improved by better keeping the temperature gradient γ (see equations 10 and 11) at both ends of the sensing element. Consistency of γ is achieved by simultaneously doing the following: 1 Use the same physical size, thermal and resistance characteristics for the sensing and compensating elements.

【0101】2 検出素子と補正素子の結合素子に物理
的大きさ、熱特性、抵抗特性が同じものを使用する。
2. The same element having the same physical size, thermal characteristics and resistance characteristics is used as the coupling element between the detection element and the correction element.

【0102】3 実質的に同一で大きい熱伝導性を持つ
抵抗の結合素子を、すべての結合素子の均一温度区域に
使用する。
3 Resistive coupling elements with substantially the same high thermal conductivity are used in a uniform temperature zone of all coupling elements.

【0103】4 検出素子と補正素子を同じ真空環境内
に置く。
4 The detection element and the correction element are placed in the same vacuum environment.

【0104】本発明では、ゲージが以下の式23を満た
すように設計されているため、式22は常に満たされ
る。
In the present invention, since the gauge is designed to satisfy the following equation (23), equation (22) is always satisfied.

【0105】[0105]

【数23】 (Equation 23)

【0106】ここでTAは周囲温度であり、またWhere TA is the ambient temperature and

【0107】[0107]

【数24】 (Equation 24)

【0108】[0108]

【数25】 (Equation 25)

【0109】である。Is as follows.

【0110】別の重大な改良は補正素子のヒーティング
を無視できる程度にすることで達成できる。本発明者は
検出素子に独立したヒーティング手段を提供しつつ、そ
の他の3つのホイートストーンブリッジ辺には実質的に
ヒーティングをしないように従来のホイートストーンブ
リッジを改良した。したがって、補正素子は検出素子と
物理特性が同じで大きさも等しいように作ることができ
る。直流のヒーティング電流が使用され、これは検出素
子のみに限られる。比較的小さい交流信号がブリッジバ
ランスの検出に使用される。
Another significant improvement can be achieved by making the heating of the correction element negligible. The present inventor has improved the conventional Wheatstone bridge so as to provide independent heating means for the detector element while substantially not heating the other three Wheatstone bridge sides. Therefore, the correction element can be made to have the same physical characteristics and the same size as the detection element. A DC heating current is used, which is limited to the sensing element only. A relatively small AC signal is used for bridge balance detection.

【0111】別の性能向上は、すべての圧力において正
確な圧力表示ができる新しい圧力補正方法を提供するこ
とによって実現される。特に、ブリッジバランスにおけ
る未知の圧力PXは以下の式26によって単純に求めら
れうる。
Another performance improvement is achieved by providing a new pressure compensation method that provides accurate pressure readings at all pressures. In particular, an unknown pressure P X at bridge balance may be simply determined by equation 26 below.

【0112】[0112]

【数26】 (Equation 26)

【0113】ここでVSは検出素子の圧力降下であり、
ISは検出素子の電流である。式26の特性は、3次元
曲線フィッティングソフトウェアを用いて、対象とする
圧力と温度範囲内で一連の既知の圧力PCと周囲温度に
対して校正して得られるVSCとISCの値のペアから導
かれる。VSXとISXはブリッジバランスで未知の圧力
Xにおいて測定され、式26に代入される。その後、
Xはマイクロプロセッサなどを用いて計算される。
Here, VS is the pressure drop of the detection element,
IS is the current of the detection element. Characteristics of the formula 26, using three-dimensional curve fitting software, subject to pressure and a series within a temperature range of values of a known pressure P C and VS C and IS C obtained by calibration against ambient temperature Derived from the pair. VS X and IS X are measured at the unknown pressure P X at bridge balance and substituted into Equation 26. afterwards,
P X is computed using a microprocessor.

【0114】[0114]

【発明の効果】このように、本発明はピラニゲージの精
度、製造コスト、パッケージサイズに重大な進歩をもた
らす。
Thus, the present invention provides significant advances in Pirani gauge accuracy, manufacturing cost, and package size.

【0115】[0115]

【発明の実施の形態】従来のピラニゲージ設計に対して
なされた4種の改良について本発明を説明する。特に好
ましい実施例では、これらの4種の改良は同時に使用さ
れ、向上した性能を持つピラニゲージを提供するために
共動する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described with respect to four improvements made to a conventional Pirani gauge design. In a particularly preferred embodiment, these four improvements are used simultaneously and work together to provide a Pirani gauge with improved performance.

【0116】改良1 第一の改良は図4aおよび4bを用いて説明される。図
4aは改良された熱損失ゲージ(正しい縮尺ではない)
の一部10の側面図である。図4bは図4aの線4b−
4bに沿うゲージ部分10の断面図である。これらの図
に示すように、小直径のワイヤ検出素子12が小直径の
ワイヤ補正素子14と同じ面内に距離dだけ離れて置か
れている。距離dの大きさは0.030インチほどが好
ましいが、0.010から0.200インチまでの範囲
ならよい。検出素子12と補正素子14の近傍にそれら
と平行して平行な2枚のプレート16と16’が置かれ
る。
Improvement 1 The first improvement is described with reference to FIGS. 4a and 4b. FIG. 4a shows an improved heat loss gauge (not to scale)
It is a side view of the part 10 of FIG. FIG. 4b shows the line 4b-
It is sectional drawing of the gauge part 10 which follows 4b. As shown in these figures, the small-diameter wire detecting element 12 is placed in the same plane as the small-diameter wire correcting element 14 at a distance d. The size of the distance d is preferably about 0.030 inches, but may be in the range of 0.010 to 0.200 inches. In the vicinity of the detection element 12 and the correction element 14, two parallel plates 16 and 16 'are placed parallel to them.

【0117】平行なプレート16と16’は検出素子1
2と補正素子14から距離Sだけ離れて置かれる。Sは
0.0007インチが好ましいが、0.0002から
0.002インチまでの範囲ならよい。検出素子12は
抵抗の温度係数が高い純タングステンなどの材料ででき
ており、一定の放射率を保つために金メッキしてもよ
い。
The parallel plates 16 and 16 ′ are the detector 1
2 and the correction element 14 by a distance S. S is preferably 0.0007 inches, but may be in the range of 0.0002 to 0.002 inches. The detecting element 12 is made of a material such as pure tungsten having a high temperature coefficient of resistance, and may be gold-plated to maintain a constant emissivity.

【0118】検出素子12の直径は0.0005インチ
が好ましいが、0.0001から0.002インチまで
の範囲ならよい。円筒形のワイヤ形状が好ましいが、リ
ボン状などのその他の形状も検出素子および補正素子に
使用してもよい。検出素子12の長さは1インチが好ま
しいが、0.25から3インチの範囲ならよい。
The diameter of the detecting element 12 is preferably 0.0005 inch, but may be in the range of 0.0001 to 0.002 inch. Although a cylindrical wire shape is preferred, other shapes, such as a ribbon shape, may be used for the detection and correction elements. The length of the detection element 12 is preferably 1 inch, but may be in the range of 0.25 to 3 inches.

【0119】補正素子14は検出素子12と同じ材料で
同じ大きさにできており、熱特性および抵抗特性も同じ
である。
The correction element 14 is made of the same material and the same size as the detection element 12, and has the same thermal characteristics and resistance characteristics.

【0120】熱損失ゲージの一部10は、以下に詳細に
述べるやり方で図6に示すタイプの測定回路に組み込ま
れてもよい。
The part 10 of the heat loss gauge may be incorporated in a measuring circuit of the type shown in FIG. 6 in the manner described in detail below.

【0121】平行プレート16と16’は熱を伝え、そ
れによって検出素子12に沿う温度勾配と、検出素子1
2および補正素子14の両端の間の温度勾配を等しくす
る傾向がある。これにより本発明は対流に依存すること
なく単純な構造で比較的高い感度を達成できる。本実施
例では、大きさ、熱特性、抵抗特性の同じ検出素子と補
正素子を使用し、またそれらを同じ真空環境に置くこと
で低圧での圧力測定精度を向上させる。この設計を使用
することで、超小型ピラニゲージ設計の極端な複雑さや
コストと、検出素子の対流冷却に伴う不利が同時に回避
される。この改良は、大変に複雑な超小型ピラニゲージ
やもっと大きくて位置に敏感な対流冷却のピラニゲージ
で得られる大気圧にまで匹敵する圧力の測定を可能にす
る。
The parallel plates 16 and 16 'conduct heat, thereby causing a temperature gradient along the detector element 12 and the detector element 1'.
2 and the temperature gradient between the ends of the correction element 14 tends to be equal. Thereby, the present invention can achieve relatively high sensitivity with a simple structure without depending on convection. In this embodiment, the detection element and the correction element having the same size, thermal characteristics, and resistance characteristics are used, and by placing them in the same vacuum environment, the pressure measurement accuracy at low pressure is improved. The use of this design simultaneously avoids the extreme complexity and cost of the microminiature Pirani gauge design and the disadvantages associated with convective cooling of the sensing element. This improvement allows pressure measurements comparable to the atmospheric pressures obtained with very complex microminiature Pirani gauges and larger, position sensitive convection cooled Pirani gauges.

【0122】改良2 本発明の第二の特徴として、検出素子と補正素子のマウ
ントを改良した。低圧の圧力測定の精度は物理的大き
さ、熱特性、抵抗特性が同じ結合素子を検出素子と補正
素子に使用し、実質的に同じで大きい熱伝導を持つ結合
素子をすべての結合素子の温度が均一な部分に使用する
ことで低圧の圧力測定の精度が非常に向上する。
Improvement 2 As a second feature of the present invention, the mounting of the detection element and the correction element is improved. The accuracy of low-pressure pressure measurement is based on the fact that coupling elements with the same physical size, thermal characteristics, and resistance characteristics are used for the detection element and the correction element, and the coupling elements that have substantially the same large thermal conductivity are used as the temperature of all coupling elements. The accuracy of low pressure measurement can be greatly improved by using it in a portion where is uniform.

【0123】図5aはゲージの一部10の一端の断面図
を大きく拡大したもので、検出素子12は検出素子コネ
クタ20および20’によって支持され、また電気的に
結合している。補正素子14は補正素子コネクタ22お
よび22’によって支持され、また電気的に結合してい
る。図5aは図4aの線5a−5aに沿った断面図であ
る。同一の支持物が(図5aに示すように)ゲージの一
部10のそれぞれの端に存在することが好ましい。
FIG. 5a is a greatly enlarged cross-sectional view of one end of the gauge part 10, wherein the sensing element 12 is supported by the sensing element connectors 20 and 20 'and is electrically coupled. Correction element 14 is supported by and electrically coupled to correction element connectors 22 and 22 '. FIG. 5a is a cross-sectional view along line 5a-5a of FIG. 4a. Preferably, the same support is present at each end of the gauge part 10 (as shown in FIG. 5a).

【0124】コネクタ20、20’、22、22’は
0.001インチの厚さで0.060インチの幅のプラ
チナリボンでできていることが好ましい。プレート1
6、16’は窒化アルミニウムのような高い熱伝導性の
電気絶縁材料でできていることが好ましい。
The connectors 20, 20 ', 22, 22' are preferably made of platinum ribbon 0.001 inches thick and 0.060 inches wide. Plate 1
Preferably, 6 and 16 'are made of an electrically insulating material having high thermal conductivity such as aluminum nitride.

【0125】もしくは、検出素子コネクタ、補正素子コ
ネクタ20、20’、22、22’はタングステンにダ
イヤモンド状のコーティングをした薄い電気絶縁膜2
4、24’でプレート16、16’から電気的に絶縁さ
れていてもよい。この場合、プレート16と16’はタ
ングステンのような熱伝導性が高い材料でできていても
よい。選択された材料は0.25ワット/cm/Kより
大きい熱伝導性をもつことが好ましい。
Alternatively, the detecting element connector and the correcting element connector 20, 20 ', 22, 22' are made of a thin electric insulating film 2 made of tungsten coated with diamond.
It may be electrically insulated from the plates 16, 16 'at 4, 24'. In this case, the plates 16 and 16 'may be made of a material having high thermal conductivity such as tungsten. Preferably, the selected material has a thermal conductivity greater than 0.25 Watt / cm / K.

【0126】プレート16と16’はその一端が単純な
板状金属クランプで留められる(図示せず)。クランプ
は検出素子12と補正素子14がコネクタ20、2
0’、22、22’にはめ込まれるようにコネクタ2
0、20’、22、22’が密接するまでプレート1
6、16’に充分な力を加える。したがって検出素子1
2とプレート16、16’との距離Sは検出素子12の
直径と薄いリボン状のコネクタ20、20’、22、2
2’の厚さによって決定される。本発明のこの特徴は精
密かつ非常に安価にまた他の回路との電気的結合を持ち
ながら人間の毛髪よりも細い検出素子がその細さと同じ
ような距離だけ2つの平らな面から離れて置かれること
を可能にする。
The plates 16 and 16 'are clamped at one end by simple plate-like metal clamps (not shown). The clamp is connected between the detection element 12 and the correction element 14 by the connectors 20 and 2.
0 ', 22, 22'
Plate 1 until 0, 20 ', 22, 22' are close
Apply sufficient force to 6, 16 '. Therefore, detecting element 1
The distance S between the plate 2 and the plates 16 and 16 ′ is determined by the diameter of the detection element 12 and the thin ribbon-shaped connectors 20, 20 ′, 22 and 2.
It is determined by the thickness of 2 '. This feature of the present invention makes it possible to place a sensing element, which is finer than human hair, at a distance similar to its fineness from two flat surfaces, precisely and very inexpensively and with electrical connection to other circuits. Enable him to be.

【0127】プレート16と16’は実質的に均一な温
度の区域であり、最小限の熱伝導性の真空状態で外部か
ら隔離されている時は特にそうである。薄いリボンコネ
クタ20、20’、22、22’は同じ大きさの短い経
路で、非常に大きい熱伝導を前記の温度均一区域に提供
し、それにより検出素子の両端における温度勾配γを一
定に保つためのいくつかの条件を満たす。
The plates 16 and 16 'are zones of substantially uniform temperature, especially when isolated from the outside with a vacuum of minimal thermal conductivity. The thin ribbon connectors 20, 20 ', 22, 22' provide a very large heat transfer to the temperature uniform area in a short path of the same size, thereby keeping the temperature gradient γ at both ends of the sensing element constant To meet some conditions.

【0128】図5bに示すように、検出素子12はその
コネクタ21の近隣で検出素子12を支えるように組立
中に小直径ワイヤのばね26を入れて適切に張られても
よい。ばね28もまた同様に補正素子14を張るのに使
用される。ばね26と28は周囲温度の変化に伴いプレ
ート16と16’に対する検出素子12と補正素子14
の距離を精密に維持するのに使用される。プレート1
6、16’と検出素子12および補正素子14の間の熱
膨張の違いによる破壊を防ぐため、検出素子12と補正
素子14には充分なスラックがなければならない。ばね
26、28なしでは、このスラックは周囲温度とともに
変化し、平行プレート16、16’と検出素子12およ
び補正素子14の間の距離Sを一定に保つことを妨げ、
それによって測定誤差をひきおこす。
As shown in FIG. 5b, the sensing element 12 may be suitably tensioned with a small diameter wire spring 26 during assembly to support the sensing element 12 in the vicinity of its connector 21. Spring 28 is also used to tension correction element 14 as well. The springs 26 and 28 are provided for detecting elements 12 and correcting elements 14 for the plates 16 and 16 'as the ambient temperature changes.
Used to precisely maintain the distance of Plate 1
In order to prevent destruction due to differences in thermal expansion between 6, 16 'and the detection element 12 and the correction element 14, the detection element 12 and the correction element 14 must have sufficient slack. Without the springs 26, 28, this slack changes with ambient temperature, preventing the distance S between the parallel plates 16, 16 'and the detection element 12 and the correction element 14 from being kept constant,
This causes measurement errors.

【0129】本発明の実施例の設計では、式22は検出
素子12と補正素子14が物理的、電気的、熱的に同じ
であることによって部分的に満たされる。加えて、図6
の実施例ではR3はR4と同じにしてあるので、式6か
らβ=1を確保する。したがって、式22は常にこの設
計によって満たされる。
In the design of an embodiment of the present invention, Equation 22 is partially satisfied by the fact that sensing element 12 and correction element 14 are physically, electrically, and thermally the same. In addition, FIG.
In the embodiment of the present invention, since R3 is the same as R4, β = 1 is secured from Equation 6. Therefore, Equation 22 is always satisfied by this design.

【0130】改良3 本発明の第三の特徴は検出素子12を専用に暖める方法
および装置である。この改良は図6に示され、ホイート
ストーンブリッジ30は検出素子12を専用に暖めるよ
うに改良されている。本発明のように検出素子と同じ大
きさで同じ材料の補正素子を使用する従来の回路では補
正素子を周囲温度ではなく検出素子と同じ温度で動作さ
せてしまう。したがって上記のように改良したピラニゲ
ージは従来のヒーティング回路を使用したのではその精
度を達成できない。
Improvement 3 A third feature of the present invention is a method and an apparatus for exclusively heating the detection element 12. This improvement is shown in FIG. 6, where the Wheatstone bridge 30 has been modified to specifically warm the sensing element 12. In a conventional circuit using a correction element of the same size and the same material as the detection element as in the present invention, the correction element is operated not at the ambient temperature but at the same temperature as the detection element. Therefore, the accuracy of the Pirani gauge improved as described above cannot be achieved by using the conventional heating circuit.

【0131】図6にもどって、ホイートストーンブリッ
ジ30はA,B,C,Dのノードを持ち、ノードBとC
の間に結合され抵抗値RSを持つ検出素子12を持つ。
温度に無関係な抵抗15(抵抗値R)と補正素子14
(抵抗値RC)はともに抵抗R2を形成する。R2とコ
ンデンサ36はノードCとDの間に直列につながれる。
抵抗17は抵抗値R4を持ち、ノードAとBの間につな
がれ、抵抗値R3を持つ抵抗19はノードAとDの間に
つながれる。検出素子12と補正素子14は真空の環境
34に囲まれる。交流電源38はノードBとDの間につ
ながれ、周波数選択検出器40がノードAとCの間につ
ながれる。直流電源32はノードBに電流を流すためノ
ードBとCの間につながれる。コントローラ42は自動
フィードバックリンケージ46と47を介して直流電源
32を制御するためにつながれ、またそのために周波数
選択検出器40からの電圧検出を入力するようになって
いる。
Returning to FIG. 6, the Wheatstone bridge 30 has nodes A, B, C, and D, and nodes B and C
And a detection element 12 having a resistance value RS.
Temperature-independent resistor 15 (resistance value R) and correction element 14
(Resistance value RC) together form a resistor R2. R2 and capacitor 36 are connected in series between nodes C and D.
The resistor 17 has a resistance R4 and is connected between the nodes A and B, and the resistor 19 having a resistance R3 is connected between the nodes A and D. The detection element 12 and the correction element 14 are surrounded by a vacuum environment 34. An AC power supply 38 is connected between nodes B and D, and a frequency selective detector 40 is connected between nodes A and C. DC power supply 32 is connected between nodes B and C to allow current to flow through node B. Controller 42 is coupled to control DC power supply 32 via automatic feedback linkages 46 and 47 and is adapted to receive voltage detection from frequency selective detector 40 for that purpose.

【0132】真空環境34は(図4aと4bに示された
上述の)ゲージの一部10を囲い、この部分は検出素子
12、補正素子14およびプレート16、16’から成
る。また、図5aおよび5bを用いて説明された組立方
法が図6の回路に使用されることが好ましい。検出素子
12の一端のコネクタ20、20’(図5aに示す)は
図6のブリッジ回路30のポイントCに電気的に結合し
ており、検出素子12の他端のコネクタ21、21’
(図示せず)は図6のブリッジ回路のポイントBに電気
的に結合している。補正素子14の一端のコネクタ2
2、22’(図5aに示す)は図6のブリッジ回路のポ
イントDに電気的にコンデンサ36を介して結合してお
り、補正素子14の他端はコネクタ23、23’に結合
され、コネクタ23、23’は図6のブリッジ回路のポ
イントCに抵抗15を介して結合している。
The vacuum environment 34 surrounds a part 10 of the gauge (described above in FIGS. 4a and 4b), which consists of the detection element 12, the correction element 14 and the plates 16, 16 '. Also, the assembly method described with reference to FIGS. 5a and 5b is preferably used for the circuit of FIG. The connectors 20, 20 'at one end of the detection element 12 (shown in FIG. 5a) are electrically coupled to the point C of the bridge circuit 30 of FIG.
(Not shown) is electrically coupled to point B of the bridge circuit of FIG. Connector 2 at one end of correction element 14
2, 22 '(shown in FIG. 5a) are electrically coupled via a capacitor 36 to point D of the bridge circuit of FIG. 6, and the other end of the correction element 14 is coupled to connectors 23, 23'. 23 and 23 'are connected to the point C of the bridge circuit of FIG.

【0133】図6に示すように、直流電源32は真空環
境34中の検出素子12にヒーティング電流Iを提供す
る。コンデンサ36は電源32からの電流がR2やR
3、R4に流れるのを防ぐ手段である。したがって、従
来のホイートストーンブリッジを使用する従来のピラニ
ゲージと違って、RSのヒーティング電流やヒーティン
グ電圧はR2には流れない。
As shown in FIG. 6, a DC power supply 32 provides a heating current I to a detection element 12 in a vacuum environment 34. The capacitor 36 supplies the current from the power supply 32 to R2 or R2.
3. Means for preventing flow to R4. Therefore, unlike the conventional Pirani gauge using the conventional Wheatstone bridge, the heating current or the heating voltage of RS does not flow through R2.

【0134】交流電源38はブリッジ30に交流信号電
圧を加え、交流信号電流is、i2、i3、i4を生る。こ
れらの非常に小さい電流値と周波数選択検出器40を用
いて、ブリッジバランスを検出し、この際ブリッジ30
の辺におこる熱発生は無視できる。電源32からの直流
電流Iはコントローラ42によって自動校正され、周波
数選択検出器40の交流電圧検出機能によって測定され
るポイントBからCへの交流電圧降下isRSがポイン
トBからAへの交流電圧降下i4R4に常に等しくなる
ようにしている。この自動フィードバックリンケージは
破線46、47で表示される。
The AC power supply 38 applies an AC signal voltage to the bridge 30 to generate AC signal currents i s , i 2 , i 3 and i 4 . Using these very small current values and the frequency selective detector 40, the bridge balance is detected,
The heat generation that occurs on the side of can be ignored. DC current I from the power source 32 is automatically calibrated by the controller 42, the AC voltage drop i s RS AC voltage from point B to A from the point B to be measured by the AC voltage detecting function of frequency selective detector 40 to C It is always equal to the descent i 4 R4. This automatic feedback linkage is indicated by broken lines 46 and 47.

【0135】プロセッサ51は電流計49と電圧計48
につながれ、ヒーティング電流のレベルを基に、検出素
子12および検出素子12の電圧降下により真空環境3
4における圧力を示す出力を生じる。
The processor 51 comprises an ammeter 49 and a voltmeter 48
And a voltage drop of the detection element 12 and the detection element 12 based on the level of the heating current.
An output indicative of the pressure at 4 is produced.

【0136】したがって、補正素子14は検出素子12
と同じ物理的大きさ、熱特性、抵抗特性を持っていても
圧力に依存する電気的ヒーティングなしで周囲温度で動
作する。
Accordingly, the correction element 14 is
Operates at ambient temperature without pressure dependent electrical heating, even though it has the same physical size, thermal properties, and resistance properties.

【0137】改良4 第四の改良は図6を参照して述べられる。本実施例では
本発明のピラニゲージの校正および動作のための改良さ
れた装置および方法が提供される。
Improvement 4 The fourth improvement is described with reference to FIG. This embodiment provides an improved apparatus and method for calibrating and operating the Pirani gauge of the present invention.

【0138】ブリッジバランスにおける未知の圧力PX
の正確な表示は式26のような簡潔な式によって求めら
れることがわかった。
Unknown pressure P X at bridge balance
Has been found to be accurate by a simple equation such as Equation 26.

【0139】[0139]

【数26】 (Equation 26)

【0140】この発見は従来のやり方とは異なる。圧力
表示は検出素子の抵抗のみならず周囲温度のようなその
他の要素に依存すると考えられてきた。したがって従来
の校正方法はしばしば抵抗その他の値を校正および動作
のために測定せねばならなかった。しかし、上記のよう
な改良がなされればVSとISの値は精密な圧力表示の
ための充分な温度情報となり、周囲温度のようなその他
のパラメータの測定を別に行うステップを省くことが可
能になる。このやり方で、電圧と電流のみに基づく圧力
を決定する3次元の校正表を使用することができる。
This finding differs from the conventional approach. It has been thought that the pressure indication depends not only on the resistance of the sensing element but also on other factors such as the ambient temperature. Therefore, conventional calibration methods often have to measure resistance and other values for calibration and operation. However, with the improvements described above, the VS and IS values provide sufficient temperature information for accurate pressure readings, eliminating the need to separately measure other parameters such as ambient temperature. Become. In this way, a three-dimensional calibration table that determines pressure based solely on voltage and current can be used.

【0141】図6のゲージを校正するために、検出素子
12は対象となる圧力および温度範囲にわたって一連の
代表的な既知の圧力と周囲温度にさらされる。電圧降下
VSCと電流ISCは電圧計48と電流計49によってそ
れぞれ測定され、ブリッジバランスで代表的な既知の校
正圧力PCとともに記録される。これらの値はプロセッ
サ51で動作するプログラムによって記録されてもよい
し、または校正計算のためのその他のプロセッサユニッ
トに転送されてもよい。圧力PCは電圧VSCと電流IS
Cに対してプロットされる。与えられた校正温度での測
定値の集合は、圧力を電圧および電流に関連づける温度
不変の関数を生ずる。上記のように、これらの温度不変
の関数は1つの3次元データ表にまとめられ、式26の
校正関数を定義する。これが終わると、結果はある面を
定義する点の集合となり、この面の高さが圧力で、これ
は測定された電圧および電流の関数である。
To calibrate the gauge of FIG. 6, sensing element 12 is exposed to a series of representative known pressures and ambient temperatures over the pressure and temperature range of interest. Voltage drop VS C and current IS C are measured respectively by the voltmeter 48 and ammeter 49, are recorded along with the typical known calibration pressure P C at bridge balance. These values may be recorded by a program running on the processor 51 or transferred to another processor unit for calibration calculations. The pressure P C is the voltage VS C and current IS
Plotted against C. The set of measurements at a given calibration temperature yields a temperature-invariant function relating pressure to voltage and current. As described above, these temperature-invariant functions are combined into one three-dimensional data table to define the calibration function of Equation 26. When this is done, the result is a set of points defining a surface, the height of which is the pressure, which is a function of the measured voltage and current.

【0142】求められた校正データはルックアップテー
ブルとして記憶され、測定された電圧降下および電流に
基づくルックアップテーブルに記憶された圧力の値か
ら、測定された圧力を内挿して決定してもよい。しかし
ながら、広範囲の圧力にわたって正確な出力を生じるた
めに記憶されねばならない点の数が多いために、本実施
例では測定された値が存在する面を求めるための近似式
を得た。これは3次元面をプロットするソフトウェアに
よって達成できる。結果として得られた式が式26のよ
うな形式になる。未知の圧力PXをいかなる温度でも測
定するには、VSXとISXは電圧計48と電流計49に
よってそれぞれブリッジバランスで測定される。正しい
圧力の値は式26の置換によって求められ、式27を与
える。
The obtained calibration data is stored as a look-up table, and may be determined by interpolating the measured pressure from the pressure value stored in the look-up table based on the measured voltage drop and current. . However, because of the large number of points that must be stored in order to produce accurate output over a wide range of pressures, the present embodiment has obtained an approximate expression for determining the plane on which the measured values reside. This can be achieved by software that plots a three-dimensional surface. The resulting equation has the form shown in equation 26. To measure at any temperature unknown pressure P X is, VS X and IS X are measured by the bridge balance, respectively, by voltmeter 48 and the ammeter 49. The correct pressure value is determined by permutation of Equation 26, giving Equation 27.

【0143】[0143]

【数27】 [Equation 27]

【0144】便宜上、式27はプロセッサ51に記憶さ
れ、VSXとISXが入力されると自動的にPXを計算す
るのに使用される。
For convenience, equation 27 is stored in processor 51 and is used to automatically calculate P X when V S X and I X are input.

【0145】当業者には本発明の範囲内で電圧と電流を
他の量で置き換えてもよいことが理解されるであろう。
たとえば、Wが検出素子12にかかる電力、Rが検出素
子12の抵抗として、P=g(W,R)の形式の関数が
式27の代わりに使用できる。この場合、WとRは電圧
計48と電流計49の値から計算できる。重要なのは2
つの選択されたパラメータが電圧および電流に関する情
報を含んでいて、電圧と電流の変化がその2つのパラメ
ータ値に基づく校正グラフや表に特異的に反映されると
いうことである。したがって、たとえば関数の2つの入
力パラメータは電力、電流、電圧、抵抗のなかのいかな
る2つを含むグループであってもよい。一般的には校正
面を近似する P=h(X,Y) という形式の式を見つけることが可能である。ただし、
Xは第一の入力パラメータ、Yは第二の入力パラメー
タ、Pはこれらに対応する圧力である。この式は圧力を
計算するための多次元の校正面の代用として使用され
る。
It will be appreciated by those skilled in the art that other amounts of voltage and current may be substituted within the scope of the present invention.
For example, a function of the form P = g (W, R) can be used instead of Equation 27, where W is the power applied to the detection element 12, and R is the resistance of the detection element 12. In this case, W and R can be calculated from the values of the voltmeter 48 and the ammeter 49. The important thing is 2
One selected parameter contains information about voltage and current, and the change in voltage and current is specifically reflected in a calibration graph or table based on the two parameter values. Thus, for example, the two input parameters of the function may be a group including any two of power, current, voltage, and resistance. In general, it is possible to find an expression of the form P = h (X, Y) that approximates the calibration plane. However,
X is the first input parameter, Y is the second input parameter, and P is the corresponding pressure. This equation is used as a substitute for a multi-dimensional calibration surface for calculating pressure.

【0146】この改良により0°Cから50°Cまでで
10-4トル以下から大圧力以上までの優れた温度補正が
できる。いままでたびたび行われてきたような電力や温
度の測定の必要はない。また米国特許第4682503
号にあるような壁の温度変化による検出素子の変化によ
る損失のみならず放射損失のような周囲温度変化で生じ
るすべてのタイプの誤差をこの改良は補正する。この改
良により米国特許第5437869号に記載の熱電気的
冷却を使用した複雑な周囲温度校正が避けられる。加え
て、この改良された校正および動作方法は、動作中の温
度における検出素子の抵抗の温度係数が周囲温度におけ
る補正素子のそれと微妙に違うということに対しそれを
自動的に補正する。
With this improvement, excellent temperature correction from 10 -4 Torr or less to large pressure or more from 0 ° C. to 50 ° C. can be performed. There is no need to measure power and temperature as has been done frequently. U.S. Pat. No. 4,682,503
This improvement corrects for all types of errors caused by changes in the ambient temperature, such as radiation losses, as well as losses due to changes in the sensing element due to changes in the temperature of the wall as in FIG. This improvement avoids the complicated ambient temperature calibration using thermoelectric cooling described in US Pat. No. 5,437,869. In addition, the improved calibration and operating method automatically corrects for the fact that the temperature coefficient of the resistance of the sensing element at operating temperature is slightly different from that of the correction element at ambient temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1a,図1b】従来のピラニゲージの概略を示す図FIGS. 1a and 1b schematically show a conventional Pirani gauge.

【図2】本発明者の調査によって判明した従来のピラニ
ゲージの熱損失の成分を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing components of heat loss of a conventional Pirani gauge found by a study by the present inventors.

【図3】検出素子に小直径のワイヤを用いた従来のピラ
ニゲージを示す図
FIG. 3 is a diagram showing a conventional Pirani gauge using a small-diameter wire as a detection element.

【図4a】本発明による改良された熱損失ゲージの一部
を示す図
FIG. 4a illustrates a portion of an improved heat loss gauge according to the present invention.

【図4b】図4aに示した部分の断面図FIG. 4b is a sectional view of the portion shown in FIG. 4a;

【図5a】本発明による改良された熱損失ゲージの両端
の断面図の拡大図であり、検出素子と補正素子の結合素
子と支持部を示す図
FIG. 5a is an enlarged view of a cross-sectional view of both ends of an improved heat loss gauge according to the present invention, showing a coupling element and a support of a detection element and a correction element.

【図5b】熱伝導プレートと検出素子および熱伝導プレ
ートと補正素子との間の距離を保つための本発明のメカ
ニズムの実施例を示す断面図
FIG. 5b is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the mechanism of the present invention for maintaining the distance between the heat conducting plate and the sensing element and between the heat conducting plate and the compensating element.

【図6】本発明の検出素子専用のヒーティング装置を示
す図
FIG. 6 is a diagram showing a heating device dedicated to the detection element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ゲージの一部 12 検出素子 14 補正素子 16 プレート 20 検出素子コネクタ 22 補正素子コネクタ 23 コネクタ 24 電気絶縁膜 26,28 ばね 30 ホイートストーンブリッジ 32 直流電源 34 真空環境 36 コンデンサ 38 交流電源 40 周波数選択検出器 42 コントローラ 48 電圧計 49 電流計 51 プロセッサ 10 Part of gauge 12 Detection element 14 Correction element 16 Plate 20 Detection element connector 22 Correction element connector 23 Connector 24 Electrical insulation film 26, 28 Spring 30 Wheatstone bridge 32 DC power supply 34 Vacuum environment 36 Capacitor 38 AC power supply 40 Frequency selection Detector 42 Controller 48 Voltmeter 49 Ammeter 51 Processor

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温度に反応する検出素子と、 温度に反応する補正素子と、 前記検出素子を暖めるため検出素子に電力を供給すべく
検出素子に結合されたヒーティング手段と、 前記検出素子および前記補正素子の温度に基づいた環境
における気体圧力を決定し、決定された気体の圧力を示
す電気信号を生じるために該検出素子および該補正素子
に結合した測定手段とを有し、 前記補正素子は、前記検出素子と実質的に同じ物理的大
きさで検出素子と同じ面内に検出素子から離れて置か
れ、また検出素子と同じ材料でできていることを特徴と
する気体の圧力をある環境において測定する熱損失ゲー
ジ。
A temperature sensitive sensing element; a temperature sensitive correction element; heating means coupled to the sensing element to supply power to the sensing element for warming the sensing element; Determining a gas pressure in an environment based on the temperature of the correction element, and measuring means coupled to the detection element and the correction element to generate an electrical signal indicative of the determined gas pressure; Is located at a distance from the detection element in the same plane as the detection element with substantially the same physical size as the detection element, and is made of the same material as the detection element. Heat loss gauge to measure in the environment.
【請求項2】 前記ゲージは前記検出素子の近傍に第一
および第二の面をそれぞれ有する第一および第二の熱伝
導性素子をさらに有することを特徴とする請求項1に記
載の熱損失ゲージ。
2. The heat loss of claim 1, wherein said gauge further comprises first and second thermally conductive elements having first and second surfaces, respectively, near said sensing element. gauge.
【請求項3】 前記検出素子は前記第一および第二の面
から0.0002インチから0.002インチ離れてい
ることを特徴とする請求項2に記載の熱損失ゲージ。
3. The heat loss gauge according to claim 2, wherein said sensing element is 0.0002 inches to 0.002 inches away from said first and second surfaces.
【請求項4】 前記検出素子から前記二面への距離が実
質的に等しいことを特徴とする請求項2に記載の熱損失
ゲージ。
4. The heat loss gauge according to claim 2, wherein distances from the detection element to the two surfaces are substantially equal.
【請求項5】 前記熱伝導性素子の面は0.25ワット
/cm/Kより大きい熱伝導性を有する材料でできてい
ることを特徴とする請求項2に記載の熱損失ゲージ。
5. The heat loss gauge according to claim 2, wherein the surface of the heat conductive element is made of a material having a heat conductivity of more than 0.25 Watt / cm / K.
【請求項6】 周囲温度の変化に関わらず前記検出素子
と前記面との距離を一定に保つ手段をさらに有すること
を特徴とする請求項3に記載の熱損失ゲージ。
6. The heat loss gauge according to claim 3, further comprising a unit for keeping a distance between the detection element and the surface constant regardless of a change in ambient temperature.
【請求項7】 前記一定距離を保つ手段は前記検出素子
の張力を維持するばね装置を含むことを特徴とする請求
項6に記載の熱損失ゲージ。
7. The heat loss gauge according to claim 6, wherein the means for maintaining the fixed distance includes a spring device for maintaining the tension of the detection element.
【請求項8】 前記ゲージは前記検出素子を含む第一の
辺と、前記補正素子を含む第二の辺と、インピーダンス
の等しい第三および第四の辺とを含むブリッジ回路を含
み、このブリッジ回路はヒーティング手段により検出素
子に供給される前記電力が補正素子に供給されるのを防
ぐ手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の熱損失
ゲージ。
8. The bridge includes a bridge circuit including a first side including the detection element, a second side including the correction element, and third and fourth sides having the same impedance. The heat loss gauge according to claim 1, wherein the circuit includes means for preventing the power supplied to the detection element by the heating means from being supplied to the correction element.
【請求項9】 両端のマウントの間に延びて温度に反応
し、マウント間の実質的に均一な温度の区域とマウント
間の熱フロー経路を持つ検出素子と、 両端のマウントの間に延びて温度に反応し、マウント間
の実質的に均一な温度の区域とマウント間の熱フロー経
路を持つ補正素子と、 前記検出素子を暖めるために検出素子に電力を供給すべ
く検出素子に結合されたヒーティング手段と、 前記検出素子および前記補正素子の温度に基づいた環境
において気体の圧力を決定し、決定された気体圧力を示
す電気的信号を出力するために該検出素子および該補正
素子に結合された測定手段とを有し、 検出素子の前記熱フロー経路の熱伝導率と物理的大きさ
が補正素子のそれと同じであることを特徴とするある環
境における気体の圧力を測定する熱損失ゲージ。
9. A sensing element extending between the mounts at both ends and responsive to temperature, having a substantially uniform temperature zone between the mounts and a heat flow path between the mounts, and extending between the mounts at both ends. A compensation element responsive to temperature and having a substantially uniform temperature area between the mounts and a heat flow path between the mounts, coupled to the sensing element to supply power to the sensing element to warm the sensing element Heating means coupled to the detection element and the correction element to determine a gas pressure in an environment based on the temperature of the detection element and the correction element and to output an electrical signal indicative of the determined gas pressure; Heat means for measuring gas pressure in an environment, wherein the thermal conductivity and the physical size of the heat flow path of the detecting element are the same as that of the correcting element. Gauge.
【請求項10】 周囲温度変化に応じて変化する抵抗を
持つ抵抗性の検出素子と、 電流を通し、周囲温度変化に応じて変化する抵抗を持つ
補正素子と、 周囲温度において検出素子の抵抗と補正素子の抵抗の間
に一定の差を生じさせるために検出素子を暖めるべく検
出素子に結合されたヒーティング手段と、 前記検出素子および前記補正素子の相対温度に基づいた
環境において気体の圧力を決定し、決定された気体圧力
を示す電気的信号を出力するために該検出素子および該
補正素子に結合された測定手段とを有し、 補正素子を流れる電流は実質的に圧力の影響を受けない
ことを特徴とするある環境における気体の圧力を測定す
る熱損失ゲージ。
10. A resistive detecting element having a resistance that changes according to an ambient temperature change, a correction element having a resistance that changes according to an ambient temperature change through a current, and a resistance of the detecting element at an ambient temperature. Heating means coupled to the sensing element for warming the sensing element to produce a constant difference between the resistances of the correction elements; anda gas pressure in an environment based on the relative temperatures of the detection element and the correction element. Measuring means coupled to the sensing element and the correction element for outputting an electrical signal indicative of the determined and determined gas pressure, wherein the current flowing through the correction element is substantially pressure sensitive. A heat loss gauge that measures the pressure of a gas in an environment, characterized by the absence of heat.
【請求項11】 周囲温度変化に応じて変化する抵抗を
持つ抵抗性の検出素子と、 周囲温度変化に応じて変化する抵抗を持つ補正素子と、 前記検出素子にヒーティング電圧を供給するため前記検
出素子に結合されたヒーティング手段と、 前記検出素子および前記補正素子の相対温度に基づいた
環境において気体の圧力を決定し、決定された気体圧力
を示す電気的信号を出力するために該検出素子および該
補正素子に結合された測定手段とを有し、 前記ヒーティング手段は前記補正素子にヒーティング電
圧を供給することなく周囲温度において前記検出素子の
抵抗と該補正素子の抵抗の間に一定の差を生じさせるた
めに動作することを特徴とするある環境における気体の
圧力を測定する熱損失ゲージ。
11. A resistive detecting element having a resistance that changes according to an ambient temperature change, a correction element having a resistance that changes according to an ambient temperature change, and a heating element for supplying a heating voltage to the detecting element. Heating means coupled to the sensing element; determining the gas pressure in an environment based on the relative temperatures of the sensing element and the correction element; and detecting the gas pressure to output an electrical signal indicative of the determined gas pressure. An element and measuring means coupled to the correction element, wherein the heating means is provided between the resistance of the detection element and the resistance of the correction element at ambient temperature without supplying a heating voltage to the correction element. A heat loss gauge that measures the pressure of a gas in an environment characterized by operating to create a constant difference.
【請求項12】 前記ヒーティング電圧は直流電圧であ
ることを特徴とする請求項11に記載の熱損失ゲージ。
12. The heat loss gauge according to claim 11, wherein the heating voltage is a DC voltage.
【請求項13】 周囲温度変化に応じて変化する抵抗を
持つ抵抗性の検出素子と、 電流を通し、周囲温度変化に応じて変化する抵抗を持つ
補正素子と、 前記検出素子にヒーティング電流を供給するために検出
素子に結合されたヒーティング手段と、 前記検出素子および前記補正素子の相対温度に基づいた
環境において気体の圧力を決定し、決定された気体圧力
を示す電気的信号を出力するために該検出素子および該
補正素子に結合された測定手段とを有し、 前記ヒーティング手段は前記補正素子にヒーティング電
流を供給することなく周囲温度において前記検出素子の
抵抗と該補正素子の抵抗の間に一定の差を生じさせるた
めに動作することを特徴とするある環境における気体の
圧力を測定する熱損失ゲージ。
13. A resistive detecting element having a resistance that varies according to an ambient temperature change, a correction element having a resistance that varies according to an ambient temperature change through a current, and a heating current supplied to the detecting element. Heating means coupled to the sensing element for supplying; determining a gas pressure in an environment based on the relative temperatures of the sensing element and the correction element; and outputting an electrical signal indicative of the determined gas pressure. Measuring means coupled to the detection element and the correction element, the heating means including a resistance of the detection element and an ambient temperature without supplying a heating current to the correction element. A heat loss gauge that measures the pressure of a gas in an environment characterized by operating to create a constant difference between resistances.
【請求項14】 前記ヒーティング電流は直流電流であ
ることを特徴とする請求項13に記載の熱損失ゲージ。
14. The heat loss gauge according to claim 13, wherein the heating current is a direct current.
【請求項15】 (1)ゲージを既知の代表的な一連の
圧力下にさらし、 (2)前記圧力の各々に対して望ましい温度にゲージの
検出素子を維持するために必要な代表的電圧値および電
流値を含む校正データを記録し、 (3)前記校正データが少なくとも3次元の校正面にお
ける点を定義するように選択された周囲温度において
(1)、(2)におけるステップを繰り返し、 (4)未知の圧力に前記検出素子をさらした時に検出素
子を望ましい温度まで暖めるのに必要な電圧および電流
を測定することによって未知の圧力を前記記録された校
正データを用いて計算し、校正面に基づいて前記電圧お
よび電流に対応する圧力を決定するステップを含むピラ
ニゲージの温度補正をする方法。
15. A typical voltage value required to: (1) subject the gauge to a known representative series of pressures; and (2) maintain the sensing element of the gauge at a desired temperature for each of said pressures. And (3) repeating the steps in (1) and (2) at an ambient temperature selected such that the calibration data defines a point on at least a three-dimensional calibration surface; 4) calculate the unknown pressure using the recorded calibration data by measuring the voltage and current required to warm the sensing element to the desired temperature when the sensing element is exposed to an unknown pressure; Determining the pressure corresponding to the voltage and current based on the temperature of the Pirani gauge.
【請求項16】 Pは電圧Vと電流Iに対応する圧力と
する時に前記曲面を近似するP=f(V,I)なる形式
の式を認識するステップとをさらに有し、前記式を圧力
計算のための校正面の代用として前記ステップ(4)で
使用することを特徴とする請求項15に記載の方法。
16. Recognizing an expression of the form P = f (V, I) that approximates the surface when P is a pressure corresponding to a voltage V and a current I, wherein P is a pressure 16. The method according to claim 15, wherein the method is used in step (4) as a substitute for a calibration surface for calculation.
【請求項17】 前記電圧および電流に比例する値を前
記電圧および電流を表すのに使用することを特徴とする
請求項15に記載の方法。
17. The method of claim 15, wherein values proportional to said voltage and current are used to represent said voltage and current.
【請求項18】 (1)ヒーティング電力、電流、電
圧、および抵抗よりなるグループからそれぞれ異なる第
一および第二のパラメータを選択し、 (2)既知の周囲温度において代表的な一連の既知の圧
力下にゲージをさらし、 (3)既知の前記周囲温度における既知の前記圧力の各
々に対して望ましい温度にゲージの前記検出素子を維持
するのに必要な前記第一パラメータの値を記録し、 (4)既知の前記圧力の各々と前記第一パラメータの値
における前記ゲージの検出素子の前記第二パラメータの
値を記録し、 (5)前記第一及び第二パラメータの関数である多次元
の圧力校正面を定義するために複数の周囲温度において
ステップ(2)、(3)、(4)を繰り返し、 (6)前記検出素子と補正素子が未知の圧力にさらされ
た時に前記検出素子を望ましい温度に暖めるのに必要な
前記第一及び第二のパラメータを測定し、多次元校正面
に基づき第一及び第二のパラメータに対応する圧力を決
定することにより前記未知の圧力を計算するために記憶
された前記校正データを使用するステップを含むことを
特徴とする検出素子を持つピラニゲージにおける温度補
正の方法。
18. A method comprising: (1) selecting different first and second parameters from the group consisting of heating power, current, voltage, and resistance; and (2) a representative series of known parameters at a known ambient temperature. Exposing the gauge under pressure; (3) recording the value of the first parameter necessary to maintain the sensing element of the gauge at a desired temperature for each of the known pressures at the known ambient temperature; (4) recording the value of the second parameter of the sensing element of the gauge at each of the known pressures and the value of the first parameter; (5) a multidimensional function that is a function of the first and second parameters. Steps (2), (3) and (4) are repeated at a plurality of ambient temperatures to define a pressure calibration plane; (6) when the sensing element and the correction element are exposed to an unknown pressure, Measuring the first and second parameters necessary to warm the output element to a desired temperature and determining the pressure corresponding to the first and second parameters based on a multi-dimensional calibration surface to determine the unknown pressure. Using the stored calibration data to calculate a method of temperature compensation in a Pirani gauge with a sensing element.
【請求項19】 前記第一のパラメータはヒーティング
電力であり、前記第二のパラメータは抵抗であることを
特徴とする請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein said first parameter is heating power and said second parameter is resistance.
【請求項20】 Pはヒーティング電力Wと抵抗Rに対
応する圧力とする時に、前記校正面を近似するP=g
(W,R)なる形式の式を認識するステップとをさらに
有し、前記式を圧力計算のための多次元校正面の代用と
して前記ステップ(6)で使用することを特徴とする請
求項19に記載の方法。
20. When P is a pressure corresponding to the heating power W and the resistance R, P = g approximating the calibration surface.
Recognizing an expression of the form (W, R), wherein said expression is used in said step (6) as a substitute for a multidimensional calibration surface for pressure calculations. The method described in.
【請求項21】 前記第一および第二のパラメータの一
つはヒーティング電力であり、この電力に比例する値が
この電力を表すために使用されることを特徴とする請求
項18に記載の方法。
21. The method of claim 18, wherein one of the first and second parameters is a heating power, and a value proportional to the power is used to represent this power. Method.
【請求項22】 前記第一および第二のパラメータの一
つは抵抗であり、この抵抗に比例する値がこの抵抗を表
すために使用されることを特徴とする請求項18に記載
の方法。
22. The method of claim 18, wherein one of the first and second parameters is a resistance, and a value proportional to the resistance is used to represent the resistance.
【請求項23】 Xは前記第一のパラメータ、Yは前記
第二のパラメータ、PはXおよびYの値に対応する圧力
である時に、前記校正面を近似するP=h(X,Y)な
る形式の式を認識するステップとをさらに有し、前記式
を圧力計算のための多次元校正面の代用として前記ステ
ップ(6)で使用することを特徴とする請求項18に記
載の方法。
23. When X is the first parameter, Y is the second parameter, and P is a pressure corresponding to the values of X and Y, P = h (X, Y) approximating the calibration surface Recognizing an expression of the form: wherein the expression is used in step (6) as a substitute for a multidimensional calibration surface for pressure calculations.
【請求項24】 温度に敏感な第一の抵抗素子を持つ第
一の辺と、温度に敏感な第二の抵抗素子を持つ第二の辺
と、第三の固定抵抗素子を持つ第三の辺と、第四の固定
抵抗素子を持つ第四の辺とを含むブリッジ回路と、 前記第一および第二の素子間と、前記第三および第四の
素子間に調整可能な電圧を供給する電圧手段と、 前記第一の素子を暖めるための電力を前記第一の素子に
提供するために第一の素子に結合されたヒーティング手
段とを有し、 与えられた温度に対する前記第二の素子の温度係数を、
与えられた前記温度に乗じた温度において、該第二の素
子の抵抗値を前記第四の固定抵抗素子の抵抗値に乗じた
ものが、与えられた前記温度に対する前記第一の素子の
温度係数を、該第一の素子の抵抗値に乗じたものに、前
記第三の固定抵抗素子の抵抗値を乗じたものと実質的に
等しく、 前記ブリッジ回路は、ヒーティング手段によって第一の
素子に提供される前記電力を、前記第二の素子に提供す
ることを防ぐ手段を有することを特徴とする熱損失圧力
ゲージ。
24. A first side having a first temperature-sensitive resistive element, a second side having a second temperature-sensitive resistive element, and a third side having a third fixed resistive element. A bridge circuit including a side and a fourth side having a fourth fixed resistance element; and supplying an adjustable voltage between the first and second elements and between the third and fourth elements. Voltage means; and heating means coupled to the first element for providing power to the first element for warming the first element, wherein the second means for a given temperature. The temperature coefficient of the element
At a given temperature multiplied by the temperature, the resistance of the second element multiplied by the resistance of the fourth fixed resistance element is the temperature coefficient of the first element with respect to the given temperature. Is substantially equal to the value obtained by multiplying the resistance value of the first element by the resistance value of the third fixed resistance element, and the bridge circuit is connected to the first element by heating means. A heat loss pressure gauge comprising means for preventing the provided power from being provided to the second element.
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